EP3068485A1 - Dispositif de traversée notamment pour système d'implant médical et procède de réalisation - Google Patents

Dispositif de traversée notamment pour système d'implant médical et procède de réalisation

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Publication number
EP3068485A1
EP3068485A1 EP14806091.6A EP14806091A EP3068485A1 EP 3068485 A1 EP3068485 A1 EP 3068485A1 EP 14806091 A EP14806091 A EP 14806091A EP 3068485 A1 EP3068485 A1 EP 3068485A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
substrate
bushing
stiffening means
hermetic
opening
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14806091.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Nicolas Karst
Fabrice Emieux
Simon Perraud
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Publication of EP3068485A1 publication Critical patent/EP3068485A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/372—Arrangements in connection with the implantation of stimulators
    • A61N1/375—Constructional arrangements, e.g. casings
    • A61N1/3752—Details of casing-lead connections
    • A61N1/3754—Feedthroughs
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G15/00—Cable fittings
    • H02G15/013—Sealing means for cable inlets
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W76/00—Containers; Fillings or auxiliary members therefor; Seals
    • H10W76/10—Containers or parts thereof
    • H10W76/12—Containers or parts thereof characterised by their shape
    • H10W76/15—Containers comprising an insulating or insulated base
    • H10W76/157—Containers comprising an insulating or insulated base having interconnections parallel to the insulating or insulated base

Definitions

  • the invention relates to the technical field of medical systems Iroplantabies,
  • These systems are composed of a battery and a set of electronic components.
  • hermetic packages are used to encapsulate them.
  • Crossings are also used to allow the transport of electricity from the inside to the outside of the case.
  • bushings are made either by brazing platinum pins to a ceramic, or by co-sintering these pins with a raw ceramic. An additional brazing step makes it possible to bond the element obtained to a metal ferrule which will then be welded to the metal casing ensuring the encapsulation,
  • a ceramic / metal feedthrough is for example described in EP1 107264.
  • Another method to achieve ceramic / meta crossings! consists in depositing thin layers of biocompatible metal on a first raw ceramic which is co-sintered with a second raw ceramic, as presented in the document EP0660449.
  • the known implantable housings have a high rigidity, and therefore can be implanted in a limited number of locations in the human body.
  • the object of the invention is to reduce the thickness of medical systems Impianiabies and make these systems fiexibies so that they can comply with the different implantation areas.
  • the invention relates to a traversing device in particular for a medical implant system comprising:
  • a flexible substrate locally comprising at least one means for stiffening the substrate, said at least one stiffening means having a through opening and
  • At least one hermetic feedthrough comprising an electrical connection element, said feedthrough being hermetically joined to a stiffening means, such that said electrical connection element passes through the through opening.
  • the substrate remains generally flexible despite the presence of stiffening means, the latter limiting the mechanical stresses at the assembly between the substrate and the traverses and the traversing device obtained is hermetic.
  • said substrate consists of a metal sheet.
  • the stiffening means is advantageously a portion projecting from the surface of the substrate.
  • the protruding portion may be a bulge or an extra thickness.
  • the traversing device advantageously comprises at least one solder joint between a bushing and a stiffening means.
  • This solder joint may have a three-dimensional structure.
  • the bushing has a T-shape, another solder joint being present between an outgrowth and the substrate.
  • the invention also relates to a method for producing a traversing device, comprising the following steps:
  • the through opening can be made before or after the formation of the stiffening means with which it is associated.
  • step (a) consists of producing at least one projecting portion relative to the substrate.
  • step (a) consists of a local deformation of the substrate to form at least one bulge.
  • step (a) consists of a material supply to locally form at least one oversize.
  • step (a) consists of a removal of material in at least two areas of a substrate to form at least one extra thickness between these areas.
  • Step (c) is advantageously carried out by means of at least one solder joint.
  • step (b) and step (c) it may be advantageous to position, between step (b) and step (c), a ceramic ring against said at least one means for rigidificatson and the substrate holder side.
  • the method of realization according to the invention can comprise, after step (c), an additional step of depositing a polymer material, in said at least one through opening.
  • the invention also relates to a hermetic housing having a bushing device Seion the Invention and a hermetically sealed cover on the penetration device, in particular for i'encapsuiation of a medical device.
  • the resulting medical implant system will be flexible, thanks to the flexibility of the traversing device, It will also be of a small thickness. This will facilitate its implantation in different areas of the body.
  • FIG. 1 (1A-1B) illustrates a first step of the method according to the invention in which stiffening means are made on the substrate of the encapsulation box
  • FIG. 2 (2A-2B) illustrates an implementation variant of the first step of the method according to the invention
  • FIG. 3 (3A-3B) illustrates a second process step according to the invention, wherein an opening is formed at the stiffening means for the structure illustrated in Figure 1,
  • FIG. 4 (4A-4B) illustrates this second step of the method according to the invention for the structure illustrated in FIG. 2, fa 5 (5A-5. 8) illustrates two alternative embodiments of a passage,
  • FIG. Q illustrates a third step of the method according to the invention, in which vias are assembled on the substrate illustrated in FIG. 3,
  • FIG. 7 is a sectional view, similar to FIG. 6, illustrating another step of the method according to the invention.
  • FIG. 8 is a sectional view illustrating a last step of the method according to the invention, in which a cover is hermetically sealed on the substrate illustrated in FIG. 8,
  • FIG. 9 (9A-98) shows sectional views illustrating alternative embodiments of the process step illustrated in FIG. 6;
  • FIG. 10 (10A-10C) shows sectional views illustrating different variants of the substrate; illustrated in Figure 3,
  • FIG. 11 shows sectional views illustrating alternative embodiments of the third step of the method, in particular carried out on the substrate illustrated in FIG. 4,
  • FIG. 12 is a sectional view illustrating a variant of the method according to the invention.
  • FIG. 13 is a sectional view illustrating a variant of the method according to the invention, making it possible to avoid the risks of brazing the substrate holder,
  • the method according to the invention is designed to produce an encapsulation housing that is flexible or conformable, this housing having hermetic vias for establishing electrical connections between the inside and outside of the housing.
  • the method according to the invention consists in producing a traversing device that is both thin and flexible, that is to say capable of conforming to a diameter of between 3 and 12 cm.
  • the first step of this method consists in producing, locally on a substrate, means for rigidifying the substrate, in which pass-throughs will subsequently be assembled.
  • FIG. 1A is a sectional view of a substrate 10 in which two localized projecting portions or bulges 11 have been made.
  • Figure 18 is a top view of the substrate shown in Figure 1A.
  • the substrate 10 is preferably in the form of a sheet of small thickness, in particular between 20 and 250 ⁇ m.
  • the substrate will be made of a biocompatible material.
  • Metallic materials such as titanium or an alloy of titanium, aluminum and vanadium, such as TA6V or Ti-6Al-4V, or a stainless steel, such as SS318L, may especially be mentioned.
  • the substrate could be made of a ceramic material.
  • a ceramic material is generally not retained because the substrate must then have a relatively large thickness to be mechanically resistant and it is then non-flexible.
  • the bulges 11 can be obtained by deformation of the substrate and by various techniques known to those skilled in the art, such as for example stamping or hydroforming.
  • the spacing between two bulges 11 is between 0.1 mm and 5 cm and is advantageously of the order of 0.1 mm,
  • Figure 1 shows two identical bulges.
  • the dimensions of the bulges may be different, both in terms of their depth and especially diameter.
  • the depth of the bulges 11 will not exceed twenty times the thickness of the metal substrate 10, and will preferably be equal to ten times the thickness of the metal substrate 10,
  • bulges 11 with a depth of approximately 500 ⁇ m will be preferred.
  • the bulges 11 will advantageously be of circular shape but other shapes may be envisaged (square or pyramidal shape).
  • the diameter of the bulges 11 will be between 500 and 2 cm, and preferably equal to 3 mm.
  • a bulge 11 is composed of a lateral wall 13 substantially perpendicular to the plane of the metal substrate 10 and of a base 14 substantially parallel to the plane of the metal substrate 10.
  • the side wall and the base have a thickness substantially identical to that of the substrate.
  • the angle between the wall 13 and the base 14 of the bulge 11 will be greater than 90 °
  • the bulges 1 1 may especially be the eas when the bulges 1 are obtained by stamping.
  • the bulges 1 1 then have a conical structure, which will introduce the penetrations themselves conical.
  • the base 14 may in some cases have a concave structure. This may especially be advantageous for reducing the risk of inflammation of the biological tissues, once the implanted device,
  • FIG. 2A being a sectional view of the substrate 10 on which stiffening means consisting of localized thickenings have been made.
  • Figure 2B is a top view of the substrate 10, with two protruding portions 15 formed by a localized allowance.
  • These extra thicknesses can also be obtained by adding material. They may for example be assembled on the substrate 10 by laser welding.
  • the height of the extra thicknesses 15 will not exceed twenty times the thickness of the remainder of the substrate 10 and will preferably be equal to about ten times the thickness of the substrate 10.
  • the extra thicknesses 15 will have a height of approximately 500 ⁇ m.
  • the extra thicknesses 15 may be in different forms and will advantageously be circular.
  • these extra thicknesses 15 may have a conical structure.
  • FIGS 3 and 4 illustrate another step of the method in which through openings are made in the stiffening means made on the substrate.
  • Fig. 3A is a sectional view of the substrate shown in Fig. 1, Fig. 38 being a top view of Fig. 3A.
  • FIG. 4 is a sectional view illustrating the substrate of FIG. 2, in which through-openings 21 have been made at the level of the extra thicknesses 15.
  • These openings 21 may be obtained by various methods, such as, for example, machining methods.
  • the openings 21 are substantially central. However, the invention is not limited to this embodiment and the openings 21 could be eccentric.
  • the openings 21 will have a circular shape. They may also have a square, rectangular or conical shape.
  • FIGS. 3 and 4 Only an opening 21 by bulge 11 or by thickening 15 is shown in FIGS. 3 and 4, however, it is possible to provide several openings 21 by bulge 11 or by excess thickness 15.
  • each opening 21 will advantageously be much smaller than the surface of the base 14.
  • the diameter of the opening 21 must be much smaller than the diameter of the bulge 11.
  • the diameter of the opening 21 will advantageously be between two and ten times the diameter of the electrical connection element of a bushing.
  • the diameter of the pin 35 of the bushing illustrated in FIG. SB is between 50 ⁇ m and 1 mm and preferably equal to 100 ⁇ m.
  • the diameter of the opening 21 will also be much smaller than the diameter of the ceramic body of the hermetic feedthrough which will be assembled in the bulge 21.
  • openings 21 may also be made prior to the step of forming bulges 1 or thickenings 15.
  • these openings may be made before the stamping of the substrate to form bulges or before welding on the substrate of overthickness being in the form of a hollow cylinder.
  • Figures 5A and 5B are sectional views illustrating ceramic / metal bushings. These crossings are obtained by conventional techniques, including those presented in US-57.50926. and EP-1 107264.
  • hermetic feedthrough 301 shown in FIG. 5A is obtained by producing a through via within a first unsintered ceramic body 31 that the o fills with an ink based on a biocompatible metal. to achieve a metal track 33.
  • the following metals can be used include: b, Ta, Ti, Pi, ir ( Zr, Hf or alloys Pt fr or ir T for example.
  • the same step is performed on a second body 32 unsintered ceramic.
  • a metal track 33 is then deposited on the upper face of the body 32 which will be brought into contact with the lower face of the body 31.
  • the zone of contact between the lower face of the body 31 and the upper face of the body 32 is shown schematically by! dotted line ⁇ in Figure 5A.
  • the assembly is cofired at high temperature, thereby obtaining a hermetic feedthrough 301 ensuring electrical continuity between the upper face of the body 31 and the underside of the body 32.
  • a hermetic feedthrough 301 ensuring electrical continuity between the upper face of the body 31 and the underside of the body 32.
  • the hermetic feedthrough 302 shown in FIG. 58 is obtained by producing a through via within a body 34 of unsintered ceramic in which a metal pin 35 (in platinum for example) is positioned.
  • the assembly is cofritted at high temperature thus making it possible to obtain a hermetic feedthrough 302 ensuring its electrical continuity between the upper face of the body 34 and the lower face of the body 34.
  • a hermetic feedthrough 302 ensuring its electrical continuity between the upper face of the body 34 and the lower face of the body 34.
  • the bushing illustrated in FIG. 3B could also be obtained by brazing methods. H
  • one or more of these pins are hollow to allow for example to fill the device with neutral gas before sealing it by laser welding for example.
  • the ceramics used for producing the hermetic feedthroughs are advantageously made of aluminum oxide (Al 2 O 3) or zirconia (ZrOa) stabilized with ytfrum oxide (Y 2 O 3).
  • the thickness of the ceramics used to make the metal bushings 301 and 302 is between 10 ⁇ m and 1 mm, and preferably equal to 500 ⁇ m.
  • Another hermetic penetration (not shown) consists of a combination of the structures shown in FIGS. 5A and 5B.
  • a through via is formed within a first uncrimped ceramic body which is filled with a Pt-based ink for example.
  • a metal track is then deposited on the underside of the unsintered ceramic body.
  • a via via is then made within a second unsintered ceramic body in which a metal pin is positioned,
  • Both body and the metal pin and the piatine track are contacted and cosintered in a temperature of 1200 '° C and 1700 ° C, and Consentieilement equal to 1450 * 0 to obteni a sealed passage ensuring ia electrical continuity between the upper side of the first ceramic body and the underside of the second ceramic body.
  • This structure has the advantage of saving space within the housing, while allowing a return of easy contact outside the housing.
  • the method according to the invention then consists in assembling hermetic feedthroughs, as illustrated in FIGS. 5A and 5B, on the structures illustrated in FIGS. 3 and 4.
  • Figure 8 illustrates the structure of Figure 3, in which bulges have been assembled bushings as shown in Figure 5 to obtain a traversing device according to the invention.
  • the obtained structure advantageously has a thickness of less than 1.5 mm and preferably less than 500 ⁇ m.
  • FIG. 6 shows that the electrical connection element of each bushing (the track 33 or the pin 35) partly passes through the opening 21 of a bulge 11.
  • FIG. 6 is only an exemplary embodiment and other hermetic penetrations could be integrated in the bulges 11.
  • the assembly of the bushings 101 and 102 in the bulges 11 is carried out by means of a solder joint 41.
  • the solder joint 41 may be of a very different chemical nature depending on the intended application.
  • one of the key points is the biocompatibility of the solder joint 41.
  • a titanium-nickel joint a material known under the trade name TiNiSO, or a pure nickel-based joint.
  • Jiang's paper “Development of the Bion microstimulator package” (ProQuest Dissertations and Theses; Thesis (Ph, D.) - University of Southern California, 2005.; Publication Number: AAI3196824; ÎSBiM : 9780542410758; Source: Dissertation Abstracts International Volume: 66-11, Section: B, page: 6104. 135 p.
  • This brazing step is intended to hermetically seal the substrate 10 to the hermetic feedthroughs 301 and 302, so as to obtain a hermetic feedthrough device,
  • the thickness of the solder joint 41 will be between 500 nm and 100 ⁇ m.
  • the hermetic bushings 30 and 302 may be totally or partially integrated within the bulge 11,
  • the Intermediate product obtained makes it possible to maintain a certain flexibility of the metal substrate 10.
  • the zones 51 have a high degree of flexibility, whereas the zones 52 are rigid and thus considerably reduce the stresses on the joint 41.
  • the ceramic 34 will be in intimate contact with the wall 13,
  • a material may be added to fill the space between the ceramic 34 and the wall 13.
  • This material may be a metal, but also a rigid polymer.
  • the area occupied by the opening 21 be much smaller than the surface of the base 14. Indeed, the contact surface between the ceramic and the external environment is then small and Accordingly, the ceramic will be mechanically protected by the base 14 and this, even when the thickness of ceramic used in the realization of these hermetic feedthroughs is low.
  • This polymer may be rigid or flexible, but preferably rigid. l will allow, in addition to the mechanical protection, to ensure the insulation between the pin 35 or the metal track 33 and the metal substrate 0, at the opening 21.
  • This polymer 61 may also facilitate the connection of one or more electrode probes serving as a guide and maintenance for them.
  • Figure 7 illustrates the structure of Figure 6 in a deformed position.
  • the zones 51 located between the bulges 11 are deformed because they have a significant flexibifity.
  • the zones 52 situated at the level of the bulges undergo no deformation, because of their rigidity, which makes it possible to reduce the stresses on the joints 41.
  • flexible structure is meant a structure that can conform to a diameter of between 3 and 12 cm, and preferably equal to 7 cm.
  • SI is now referred to Figure 8 which illustrates a last step of the method according to the invention for obtaining a hermetic housing.
  • a cover 71 is assembled to the substrate 10 of the structure illustrated in FIG. 8.
  • This cover 71 is preferably made of metal and in particular titanium.
  • the shape of the metal cover 71 is chosen so that once attached to the substrate, the cover forms a cavity for accommodating at least a portion of the electronic components.
  • the assembly of the cover 71 to the substrate 10 can be achieved by various techniques, in particular a laser weld 72 which makes it possible to perform welds in specific areas with localized heating.
  • the height of the lid will be less than 3 mm, and advantageously less than 2 m ri.
  • Elfe is preferably between 500 ⁇ m and 1 mm.
  • the encapsulafion casing obtained is a thin casing, that is to say that its overall thickness is less than about 3 mm.
  • FIG. 9 illustrates two variant embodiments of the process step illustrated in FIG. 8.
  • the variant illustrated in FIG. 9A is designed to increase the rigidity of the region of the substrate where the crossing is assembled and also to increase the reliability of this crossing.
  • the bushing 801 which is hermetically assembled on the substrate 10 is of the type of the bushing 302. I6
  • Figure 58 It thus comprises a ceramic body 34 which is traversed by a metal pin 35.
  • the body 34 has a protrusion 340 conferring on it a shape of T.
  • the bushing 801 can be connected to the substrate 10 in two distinct zones,
  • FIG. 9 shows that the bushing 801 is connected to the base 14 of the bulge 11 by means of a solder joint 41. It is also assembled on its surface 100 of the substrate 10, opposite the surface 01 comprising the bulge, by intermediate of the solder joint 802. The latter is provided between the protrusion 340 and the surface 100.
  • solder joints 41 and 802 may be identical or different in nature.
  • They will preferably be composed of nickel and titanium.
  • the two solder joints 41 and 802 will have an annular structure.
  • solder joint 41 will be trapped within the bulge 11, while the solder joint 802 will be placed at the periphery of the bulge 11.
  • the embodiment variant illustrated in FIG. 9B is also intended to increase the reliability of assembly between the bushing and the substrate 10 illustrated in FIG. 3A.
  • the bushing 302 assembled in the substrate 0 has already been described with reference to FIG. 58.
  • the hermetic assembly is made by means of a solder joint 51 which has a three-dimensional structure. This structure makes it possible to increase the assembly surface between the passage 302 and the substrate 10.
  • the fact that the hermetic feedthrough is located within a bulge 11 makes it possible to apply pressure forces during the brazing feed, both parallel to the plane of the substrate 10 (at the level of the cladding wall 13) and perpendicular to the plane of the substrate 10 (at the base 14 and the upper face of its ceramic).
  • the flexibility of the substrate 10 it is easy to maintain an intimate contact between the wall 13 and the hermetic feedthrough, which allows for a quality assembly.
  • the bulges have a conical shape, it is possible to apply a pressure force during brazing annealing simultaneously at the wall 13 and the base 14, applying only a pressure force parallel to the spindle axis 35.
  • FIG. 10 illustrates three alternative embodiments of the substrate illustrated in FIG. 3. These three variants are designed to increase the rigidity of its region of the substrate where the bushing is assembled.
  • FIG. 10A shows a substrate 10 having a bulge 11 with a fat wall 13 and a base 804 that has an excess thickness, with respect to the base 14 of the substrate illustrated in FIG.
  • This base 804 of increased thickness makes it possible to ensure greater shock resistance, without reducing the flexibility of the substrate 10.
  • the variant embodiment of FIG. 0A makes it possible to increase the rigidity of the zone where the crossing is assembled, to improve its mechanical strength and to reduce the risk of rupture of the ceramic constituting the crossing.
  • having locally a thickening at the wall 804 may be useful in the case of diffusion of one or more elements making up the solder joint 41 within the substrate 10.
  • the Ni may broadcast on several tens of microns within the titanium. Consequently, at the level of the brazing zone, the thickness of the substrate is insufficient, the nickel can diffuse to the opposite end to the point where the soldering is carried out, thus entailing a risk of bristling the carrier.
  • substrate (not shown in the various diagrams) serving inter alia to apply a certain force on the sample during soldering.
  • the diffusion length of the elements composing the solder joint 41 within the substrate 10 will depend on several parameters including the brazing temperature.
  • This variant also makes it possible to increase the rigidity of the zone where the crossing 302 is assembled, thanks to this lateral extra thickness,
  • FIG. 10C illustrates a substrate 10 with a bulge 11 whose lateral wall 13 and base 14 are similar to those of the bulge illustrated in FIG. 3.
  • an excess thickness 815 is provided on the wall 100 of the substrate opposite to the wall 101 comprising the bulge 11,
  • This over-epaisser 815 has an annular shape and extends the inner face of the side wall 13.
  • a bushing 801 is assembled as shown in FIG. 9A.
  • this bushing 801 is assembled to the substrate 10 by means of two solder joints.
  • the first seal 41 is located between the passage and the base 14 of the bulge 11, while the other seal 814 is situated between the protrusion 340 of its penetration and the upper face of the excess thickness 815,
  • FIG. 1 illustrates four variants (FIGS. 11A to 11D) for assembling a bushing on a carrier of the type illustrated in FIG. 4, and another more specific variant (FIG. 11E). .
  • a bushing 302 of the type illustrated in FIG. 58, is disposed inside an excess thickness of the substrate 10.
  • the excess thickness 15 has a suitable housing defined by a side wall 150 and a bottom 151,
  • a solder joint 41 is provided between the bushing 302 and the bottom 51 of the groove.
  • the excess thickness 15 makes it possible to increase the rigidity of the zone where the bushing is assembled.
  • This variant makes it possible to avoid the presence of protruding parts on the external face of the housing that can be obtained from the structure illustrated in FIG. 11A. This makes it possible to increase the compatibility of the housing with the biological tissues in contact with the housing.
  • the variant illustrated in FIG. 11B consists in assembling a bush of the type illustrated in FIG. 5B, on the upper face 152 of the extra thicker 15 present on the substrate 10.
  • the body 34 of the bushing 302 has dimensions greater than those of the body 34 iflustré in Figure 11 A.
  • solder joint 41 is provided between the passage 302 and the upper face 152 of the excess thickness 15.
  • This variant has the effect of increasing the rigidity of the zone where the hermetic feedthrough is assembled thanks to the extra thickness 15.
  • the body 34 of the bushing 302 is brazed to the bottom wall 153 of the extra-thicker 15 via d ! a solder joint 41. This allows a brazing of the body 34 to the extra thickness 15 which will then have a reinforced mechanical strength with respect to the structure shown in Figure 6.
  • the variant illustrated in Figure 11 D simplifies the implementation.
  • the body 34 of the bushing 302 shown in FIG. 5B is pre-brazed to the wall 153 of the excess thickness 15 by means of a solder joint 41, before hermetically assembling the assembly 155 (comprising the body 34, Its pin 35, hermetic seal 41 and the extra thickness 15 ⁇ to the substrate 10 through a hermetic seal 154.
  • This assembly may for example be performed by laser welding.
  • FIG. 11E illustrates another method of assembling assembly 155 on a substrate 10.
  • a hermetic seal 156 between the extra thickness 15 and the base 14 can be made by laser welding.
  • FIG. 12 illustrates a substrate 12 which has the form of a thick but structured sheet.
  • 120 finer zones are produced, for example by removal of material. Areas 121 projecting from the substrate 12 are then defined. They form an extra thickness. Thus, the substrate 12 is relatively flexible due to the presence of these zones 120, which will give overall flexibility to the housing that will be obtained from the substrate 12.
  • the depth of these zones 120 may be between 5 and 95% of the thickness of the sheet, preferably 60%.
  • zones 120 with a depth of between approximately 12 ⁇ m and 235 ⁇ m.
  • zones 120 will depend on the desired flexibility
  • the percentage of the area occupied by the zones 120 may be between 5% and 95%, preferably 60%,
  • a through hole 21 is made in the zone 121 situated between two zones 120. This opening can be made before or after the formation of the zone 121.
  • a bushing 302 of the type illustrated in FIG. 5B is assembled by means of a solder joint 41, so that the pin 35 passes through the opening 21.
  • the area of the substrate in which the bushing is assembled is rigid, while retaining the overall flexibility of the substrate.
  • FIG. 13 illustrates another variant that makes it possible to avoid brazing the substrate holder during the formation of the solder joint 41.
  • FIG. 13 illustrates a ceramic ring 130 (for example made of alumina (Al 2 O 3) or zirconia (ZrC 4) stabilized with yttrium oxide (Y 2 O 3)) which is placed outside the bulge 11.
  • a ceramic ring 130 for example made of alumina (Al 2 O 3) or zirconia (ZrC 4) stabilized with yttrium oxide (Y 2 O 3)
  • This ring 130 is then placed against the base 14 of the bulge 1.
  • This ring will now integral part of the device and avoids soldering the substrate holder.

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Abstract

Dispositif de traversée notamment pour système d'implant médical comprenant : - un substrat (10, 12) flexible comportant localement au moins un moyen de rigidification (11, 15, 121) du substrat, ledit au moins un moyen de rigidification présentant une ouverture (21) traversante et - au moins une traversée hermétique (301, 302, 801) comportant un élément de connexion électrique (33, 35), ladite traversée étant assemblée hermétiquement à un moyen de rigidification, de telle sorte que ledit élément de connexion électrique passe à travers l'ouverture traversante.

Description

I
DISPOSITIF DE TRAVERSEE NGTÂPMEMT POUR SYSTEME D'IMPLANT
MEDICAL ET PROCEDE DE REALISATION.
L'invention concerne le domaine technique des systèmes médicaux Iroplantabies,
Ces systèmes sont composés d'une batterie et d'un ensemble de composants électroniques.
Afin d'éviter tout contact entre les composants électroniques ëi tes tissus ou fluides biologiques, des boîtiers hermétiques sont utilisés pour les encapsuler.
Des traversées sont également utilisées pour permettre le transport de l'électricité de l'intérieur vers l'extérieur du boîtier.
En plus du volume occupé par les composants électroniques et la batterie, un volume non négligeable est occupé par les traversées,
Ces traversées sont réalisées, soit en brasant des broches en platine â une céramique, soit en co-frittant ces broches avec une céramique crue. Une étape supplémentaire de brasure permet de lier l'élément obtenu à une férule métallique qui sera ensuite soudée au boîtier métallique assurant Pencapsuiatiqn,
Une traversée céramique/métal est pa exemple décrite dans le document EP1 107264.
Afin d'assurer une tenue mécanique suffisante, il est difficile de diminuer en dessous de 1 mm l'épaisseur de la céramique utilisée pour réaliser les traversées, comme présenté dans le document US798908G,
Une autre méthode permettant de réaliser des traversées céramiQue/méta! consiste à dépose des couches minces en métal bio-compatible sur une première céramique crue que l'on vient co-fritter avec une seconde céramique crue, comme présenté dans le document EP0660449.
Cette méthode présente l'avantage de diminuer le diamètre des traversées hermétiques et donc leur encombrement, grâce à l'utilisation de couches minces, et d'en augmenter ainsi la densité. Le document US5750926, décrit, quant à tut, un boîtier d'encapsuiation dont une paroi est réalisée avec tes céramiques des traversées, ces céramiques étant généralement biocompatib!es.
Cependant, afin d'assurer une tenue mécanique suffisante, il est nécessaire que l'épaisseur de ces céramiques soit relativement importante, la paroi correspondante du boîtier est donc rigide.
Ainsi, les boîtiers implantables connus présentent une rigidité importante, et de ce fait, ne peuvent être implantés que dans un nombre limité de localisations dans le corps humain.
C'est pourquoi l'objet de l'invention est de diminuer l'épaisseur des systèmes médicaux Impianiabies et de rendre ces systèmes fiexibies afin qu'ils puissent se conformer aux différentes zones d'implantation.
Ceci permet d'impisntef ces systèmes au plus près des zones de traitement.
Ainsi, l'invention concerne un dispositif de traversée notamment pour système d'implant médical comprenant :
- un substrat flexible comportant localement au moins un moyen de rigidification du substrat, ledit au moins un moyen de rigidification présentant une ouverture traversante et
- au moins une traversée hermétique comportant un élément de connexion électrique, ladite traversée étant assemblée hermétiquement à un moyen de rigidification, de telle sorte que ledit élément de connexion électrique passe à travers l'ouverture traversante.
Ainsi, le substrat reste globalement flexible malgré la présence des moyens de rigidification, ces derniers permettant de limite les contraintes mécaniques au niveau de l'assemblage entre le substrat et ies traverséees et te dispositif de traversée obtenu est hermétique.
De préférence, ledit substrat consiste en une feuille métallique.
Les moyens de rigidification consisten avantageusement en une partie en saillie par rapport à ta surface du substrat. La partie en saillie peut être un renflement ou une surépaisseur.
Le dispositif de traversée selon l'invention comprend avantageusement au moins un joint de brasure entre une traversée et un moyen de rigidification.
Ce joint de brasure peut présenter une structure tridimensionnelle.
Dans une forme particulière de réalisation, la traversée présente une forme en T, un autre joint de brasure étant présent entre une excroissance et ie substrat.
L'invention concerne également un procédé de réalisation d'un dispositif de traversée, comprenant tes étapes suivantes :
(a) réalisation d'un substrat flexibie avec au moins un moyen de rigidiflcation et au moins une ouverture traversante dans ledit au moins un moyen de rigidification,
(b) fourniture d'au moins une traversée hermétique comportant un élément de connexion électrique,
(c) assemblage hermétique d'une traversée audit au moins un moyen de rigidification, de telle sorte que l'élément de connexion électrique de ladite traversée passe en partie dans ladite ouverture traversante.
L'ouverture traversante peut être réalisée avant ou après la formation du moyen de rigidification auquel elle est associée.
De préférence, l'étape (a) consiste à réaliser au moins une partie en saillie par rapport au substrat.
Dans une première variante, l'étape (a) consiste en une déformation locale du substrat pour former au moins un renflement.
Dans une deuxième variante, l'étape (a) consiste en un apport de matière pour former localement au moins une surépaisseur.
Dans une troisième variante, l'étape (a) consiste en un retrait de matière dans au moins deux zones d'un substrat pour former au moins une surépaisseur entre ces zones. L'étape (c) est avantageusement réaîisée au moyen d'au moins un joint de brasure.
Dans ce cas, il peut être avantageux de positionner, entre 'étape (b) et l'étape (c), un anneau en céramique contre ledit au moins un moyen de rigidificatson et du côté porte-substrat.
Ceci permet d'éviter de braser 1e porte-substrat tors de fa formation du joint de brasure,
te procédé de réalisation selon l'invention peut comprendre, après i'étape (c), une étape supplémentaire consistant à déposer un matériau polymère, dans ladite au moins une ouverture traversante.
L'invention concerne également un boîtier hermétique comportant un dispositif de traversée seion l'Invention et un couvercle scellé hermétiquement au dispositif de traversée, notamment destiné à i'encapsuiation d'un dispositif médical.
Le système d'implant médical obtenu sera flexible, grâce à la flexibilité du dispositif de traversée, Il sera également d'une épaisseur faible. Ceci facilitera son implantation dans différentes zones du corps.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit et qui est faite au regard des dessins annexés, sur lesquels ;
- la figure 1 (1A-1 B) illustre une première étape du procédé selon l'invention dans laquelle des moyens de rigidification sont réalisés sur le substrat du boîtier d'encapsulation,
- la figure 2 (2A-2B) illustre une variante de mise en œuvre de ia première étape du procédé selon l'invention,
- la figure 3 (3A-3B) illustre une deuxième étape du procédé selon l'invention, dans laquelle une ouverture est réalisée au niveau des moyens de rigidification, pour la structure illustrée à la figure 1 ,
la figure 4 (4A-4B) illustre cette deuxième étape du procédé selon l'invention pour la structure illustrée à la figure 2, fa figure 5 (5A-5.8) illustre deux variantes de réalisation d'une traversée,
la figure Q illustre une troisième étape du procédé selon l'invention, dans laquelle des traversées sont assemblées sur ie substrat illustré sur la figure 3,
la figure 7 est une vue en coupe, similaire à la figure 6, illustrant une autre étape du procédé selon l'invention,
la figure 8 est une vue en coupe Illustrant une dernière étape du procédé selon l'invention, dans laquelle un couvercle est scellé hermétiquement sur le substrat illustré à la figure 8,
la figure 9 (9A-98) présente des vues en coupe illustrant des variantes de mise en œuvre de l'étape du procédé illustré à la figure 6, la figure 10 (10A-10C) présente des vues en coupe illustrant différentes variantes du substrat illustré à la figure 3,
la figure 11 (11A-11 E) présente des vues en coupe illustrant des variantes de mise en œuvre de la troisième étape du procédé, notamment effectuées sur le substrat illustré à Sa figure 4,
la figure 12 est une vue en coupe illustrant une variante du procédé selon l'invention et
la figure 13 est une vue en coupe Illustrant une variante du procédé selon l'invention, permettant d'éviter les risques de brasage du porte- substrat,
Les éléments communs aux différentes figures seront désignés par les mêmes références.
Le procédé selon l'invention est conçu pour réaliser un boîtier d'encapsuiation qui soit flexible ou encore conformable, ce boîtier comportant des traversées hermétiques permettant d'établir des connexions électriques entre l'intérieur et l'extérieur de ce boîtier.
Pour cela, le procédé selon l'invention consiste à réaliser un dispositif de traversée à la fois fin et flexible, c'est-à-dire capable de se conformer à un diamètre compris entre 3 et 12 cm. La première étape de ce procédé consiste à réaliser localement, sur un substrat, des moyens de rigidlfication du substrat, dans lesquels seront ultérieurement assemblées des traversées.
Ainsi, la figure 1A est une vue en coupe d'un substrat 10 dans lequel ont été réalisés deux parties en saillie ou renflements 1 1 localisés.
La figure 18 est une vue de dessus du substrat illustré à la figure 1A.
Le substrat 10 se présente, de préférence, sous la forme d'une feuille de faible épaisseur, notamment comprise entre 20 et 250 pm.
I) s'agit avantageusement d'un substrat flexible.
De façon générale, le substrat sera réalisé en un matériau biocompatible. On peut notamment citer des matériaux métalliques, comme !e titane ou un alliage de titane, d'aluminium et de vanadium, comme le TA6V ou Ti-6AI-4V, ou encore un acier inoxydable, comme le SS318L.
En pratique, te substrat pourrait être réalisé en un matériau céramique. Cependant, un tei matériau n'est généralement pas retenu car le substrat doit aiors présenter une épaisseur relativement importante pou être résistant mécaniquement et il est alors non flexible.
Les renfiements 11 peuvent être obtenus par déformation du substrat et par différentes techniques connues de l'homme de l'art, telles que par exemple l'emboutissage ou f'hydroformage.
De façon préférée, l'espacement entre deux renflements 11 est compris entre 0,1 mm et 5 cm et il est avantageusement de l'ordre de 0,1 mm,
Par ailleurs, la figure 1 montre deux renflements identiques. Cependant, ies dimensions des renflements peuvent être différentes, tant en ce qui concerne leur profondeur que ieu diamètre notamment.
Avantageusement, la profondeur des renflements 11 n'excédera pas vingt fois l'épaisseur du substrat métallique 10, et sera préférentieilement égale à dix fois l'épaisseur du substrat métallique 10,
Ainsi, pour un substrat métallique 10 d'une épaisseur de 50 μπη, on préférera des renflements 11 de profondeur d'environ 500 pm. Les renflements 11 seront avantageusement de forme circulaire mais d'autres formes pourront être envisagées (forme carrée ou pyramidale).
Avantageusement, le diamètre des renflements 11 sera compris entre 500 et 2 cm, et préférentiellement égal à 3 mm.
Un renflement 1 1 est composé d'une paroi latérale 13 sensiblement perpendiculaire au plan du substrat métallique 10 et d'une base 14 sensiblement parallèle au plan du substrat métallique 10.
La paroi latérale et la base présentent une épaisseur sensiblement identique à celle du substrat.
Dans certains cas particuliers, l'angle entre la paroi 13 et la base 14 du renflement 11 sera supérieur à 90°,
Cela pourra notamment être le eas lorsque les renflements 1 sont obtenus par emboutissage. Les renflements 1 1 présentent alors une structure conique, ce qui permettra d'y Introduire des traversées elles-mêmes coniques.
Ceci présente un avantage lorsque le joint de brasure présente une forme tridimensionnelle, comme cela sera illustré en relation avec la figure 9B.
La base 14 pourra dans certains cas présenter une structure concave. Cela pourra notamment être avantageux pour diminuer les risques d'Inflammation des tissus biologiques, une fois le dispositif implanté,
1! est maintenant fait référence aux figures 2A et 28, la figure 2A étant une vue en coupe du substrat 10 sur lequel ont été réalisés des moyens de rigidification consistant en des surépaisseurs localisées.
ta figure 2B est une vue de dessus du substrat 10, avec deux parties en saillie 15 constituées par une surépaisseur localisée.
Ces surépaisseurs peuvent être obtenues par différentes techniques connues de l'homme de l'art, notamment !e micro-usinage mécanique ou la gravure laser qui permettent un retrait de matière sur un substrat épais. Ce mode de réalisation est plus particulièrement illustré sur ia figure 12. S
Ces surépaisseurs peuvent également être obtenues par apport de matière. Elles pourront par exempie être assemblées sur le substrat 10 par soudage laser.
De façon avantageuse, la hauteur des surépaisseurs 15 n'excédera pas vingt fois l'épaisseur du reste du substrat 10 et sera préféreniiefiement égale à environ dix fois l'épaisseur du substrat 10.
Ainsi, pour un substrat 10 présentant une épaisseur de 50 pm, les surépaisseurs 15 présenteront une hauteur d'environ 500 pm.
Les surépaisseurs 15 pourront se présenter sous différentes formes et seront avantageusement circulaires.
Dans certains cas particuliers, ces surépaisseurs 15 pourront présenter une structure conique.
Il est à noter que, sur un même substrat 10, Ses dimensions des surépaisseurs peuvent varier {diamètre, épaisseur).
Les figures 3 et 4 illustrent une autre étape du procédé dans laquelle des ouvertures traversantes sont réalisées dans les moyens de rigidification réalisés sur le substrat.
Ainsi, la figure 3A est une vue en coupe du substrat illustré à la figure 1 , la figure 38 étant une vue de dessus de ia figure 3A.
Elles montrent que des ouvertures traversantes 21 ont été réalisées dans les renflements 11 et, plus particulièrement dans la base 14 de ces renflements.
La figure 4Â est une vue en coupe illustrant le substrat de ia figure 2, dans lequel des ouvertures traversantes 21 ont été réalisées au niveau des surépaisseurs 15.
Ces ouvertures 21 peuvent être obtenues par différents procédés, comme par exemple des procédés d'usinage.
Dans les exemples illustrés aux figures 3 et 4, les ouvertures 21 sont sensiblement centrales. Cependant, l'invention n'est pas limitée à cette forme de réalisation et les ouvertures 21 pourraient être excentrées. Avantageusement, les ouvertures 21 auront une forme circulaire. Elles pourront également avoir une forme carrée, rectangulaire ou conique.
Seule une ouverture 21 par renflement 11 ou par surépaisseur 15 est représentée sur les figures 3 et 4, Cependant, on peut prévoir plusieurs ouvertures 21 par renflement 11 ou par surépaisseur 15.
Concernant le substrat iliustré sur les figures 3A et 3B, ia surface occupée par chaque ouverture 21 sera avantageusement très inférieure à la surface de la base 14.
Ainsi, dans cet exemple, le diamètre de l'ouverture 21 doit être très inférieur au diamètre du renflement 11.
Ceci permet de protéger mécaniquement les traversées hermétiques, même lorsque l'épaisseur de céramique utilisée dans la réalisation de ces traversées hermétiques est faible. Ainsi, le diamètre de l'ouverture 21 sera avantageusement compris entre deux et dix fois le diamètre de l'élément de connexion électrique d'une traversée.
Il sera préférentiellement deux fois plus important que !e diamètre de l'élément de connexion électrique. A titre d'exemple, ie diamètre de la broche 35 de la traversée illustrée à la figure SB est compris entre 50 pm et 1 mm et de préférence égal à 100 prn.
De façon générale, le diamètre de l'ouverture 21 sera également très inférieur au diamètre du corps en céramique de la traversée hermétique qui sera assemblée dans ie renflement 21.
il est à noter que ies ouvertures 21 peuvent également être réalisées préalablement à l'étape de formation des renflements 1 ou des surépaisseurs 15.
Ainsi, ces ouvertures peuvent être réalisées avant l'emboutissage du substrat permettant de former des renflements ou avant la soudure sur le substrat de surépaisseurs se présentant sous la forme d'un cylindre évidé.
Les figures 5A et 5B sont des vues en coupe illustrant des traversées céramique/métal. Ces traversées sont obtenues par des techniques classiques, notamment celles présentées dans les documents US-57.50926. et EP-1 107264.
Ainsi, Sa traversée hermétique 301 présentée sur la figure 5A est obtenue en réalisant un via traversant au sein d'un premier corps 31 en céramique non frittée que l'o remplit à l'aide d'une encre à base d'un métal biocompatible pour réaliser une piste métallique 33. On peut notamment utiliser les métaux suivants : b, Ta, Ti, Pi, ir( Zr, Hf ou des alliages Pt fr ou ir T a par exemple.
La même étape est réalisée sur un second corps 32 en céramique non frittée.
Une piste métallique 33 est ensuite déposée sur la face supérieure du corps 32 qui sera mise en contact avec la face inférieure du corps 31. La zone de contact entre la face inférieure du corps 31 et la face supérieure du corps 32 est représentée schématiquement par !a ligne pointillé© sur la figure 5A.
L'ensemble est cofritté à haute température, permettant ainsi d'obtenir une traversée hermétique 301 assurant ia continuité électrique entre la face supérieure du corps 31 et ia face inférieure du corps 32, Par simplification, ii n'y a pas de distinction en termes de numérotation entre ies céramiques non frittées et les céramiques friîtées.
La traversée hermétique 302 présentée sur Sa figure 58 est obtenue en réalisant un via traversant au sein d'un corps 34 en céramique non frittée dans lequel on vient positionner une broche métallique 35 (en platine par exemple).
L'ensemble est cofritté à haute température permettant ainsi d'obtenir une traversée hermétique 302 assurant Sa continuité électrique entre ia face supérieure du corps 34 et la face inférieure du corps 34. Par simplification, il n'y a pas de distinction en termes de numérotation entre la céramique non frittée et ia céramique frittée,
La traversée illustrée à ia figure 3B pourrait également être obtenue par des procédés de brasage. H
Dans certains cas particuliers, ît peut être avantageux qu'une ou plusieurs de ces broches soient creuses pour permettre par exemple de remplir le dispositif avec du gaz neutre avant de le sceller hermétiquement» par soudage laser par exemple.
Selon te type de céramique utilisé, tes températures nécessaires au cofrittage seront comprises entre 1200SC et 1700oC> et préférentiefiemènt égale à 1450°C. Des rampes de montée en température relativement iente devront être utilisées de façon à permettre l'évacuation totale des composants organiques avant d'atteindre le palier de température â laquelle le recuit de cofrittage aura lieu. Ainsi, ces rampes pourront être comprises entre O.TC/minute et 5aC min, et préférentieilement égale à 1 °C min.
Les céramiques utilisées pour la réalisation des traversées hermétiques sont avantageusement en aiumine ÎAI2Q3) ou en zircone (ZrOa) stabilisé à l'oxyde d'ytfrîum {Y2Û3).
L'épaisseur des céramiques utilisées pour réaliser les traversées métalliques 301 et 302 est comprise entre 10 pm et 1 mm, et préférentieilement égale â 500 pm.
Une autre traversée hermétique (non illustrée) consiste en une combinaison des structures présentées sur les figures 5Â et 5B.
Ainsi, un via traversant est réalisé au sein d'un premier corps en céramique non frîttée que l'on remplit à l'aide d'une encre à base de Pt par exemple.
Une piste métallique est ensuite déposée sur la face inférieure du corps en céramique non frittée.
Un via traversant est ensuite réalisé au sein d'un second corps en céramique non frittée dans lequel on vient positionner une broche métallique,
Les deux corps ainsi que la broche métallique et la piste en piatine sont mis en contact et cofrittés à une température comprise entre 1200'°C et 1700°C, et préférentieilement égale à 1450*0, pour obteni une traversée hermétique assurant ia continuité électrique entre la face supérieure du premier corps en céramique et la face inférieure du second corps en céramique.
Cette structure présente l'avantage d'un gain de place au sein du boîtier, tout en permettant une reprise de contact aisée à l'extérieur du boîtier.
Le procédé selon l'invention consiste ensuite à assembler des traversées hermétiques, telles qu'illustrées aux figures 5Â et 5B sur les structures illustrées aux figures 3 et 4.
En fonction des matériaux utilisés, différentes méthodes d'assemblage pourront être utilisées. On pourra notamment penser au soudage diffusion ou au brasage.
Ainsi, la figure 8 lustré îa structure dé fa figure 3, dans les renflements de laquelle ont été assemblées des traversées telles qu'illustrées sur la figure 5 pour obtenir un dispositif de traversée selon l'invention.
La structure obtenue présenté avantageusement une épaisseur inférieure à 1 ,5 mm et, de préférence, inférieure à 500 pm.
La figure 6 montre que l'élément de connexion électrique de chaque traversée (la piste 33 ou la broche 35) passe en partie à travers l'ouverture 21 d'un renflement 11.
Bien entendu, la figure 6 n'est qu'un exemple de réalisation et d'autres traversées hermétiques pourraient être intégrées dans les renflements 11.
Par ailleurs, sur l'exemple illustré à la figure 8, l'assemblage des traversées 101 et 102 dans ies renflements 11 est réalisé au moyen d'un joint de brasure 41.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à ce mode de mise en œuvre et d'autres techni ues pourraient être utilisées pou réaliser cet assemblage.
Le joint de brasure 41 pourra être de nature chimique très diverse en fonction de l'application visée.
Dans le cadre d'une application biomédicale implantante, un des points clés est la biocompafibilité du joint de brasure 41. On pourra par exemple citer un joint à base de titane et de nickel, matériau connu sous l'appellation commerciale TiNiSO, ou un joint à base de nickel pur. On pourra à cet égard se référer au document de Jiang « Development of eeramic to métal package for Bion microstimulator » (ProQuest Dissertations And Thèses ; Thesis (Ph,D.) - University of Southern Caiifornia, 2005. ; Publication Number : AAI3196824 ; ÎSBiM : 9780542410758 ; Source : Dissertation Abstracts International. Volume : 66-11 , Section : B, page : 6104. ; 135 p.).
Cette étape de brasage a pour but de sceller hermétiquement le substrat 10 aux traversées hermétiques 301 et 302, de façon à obtenir un dispositif de traversée hermétique,
L'épaisseur du joint de brasure 41 sera comprise entre 500 nm et 100 pm.
Les traversées hermétiques 30 et 302 peuvent être totalement ou partiellement intégrées au sein du renflement 11 ,
Le produit Intermédiaire obtenu permet de conserver une certaine flexibilité du substrat métallique 10.
En effet, les zones 51 présentent une importante flexibilité, tandis que tes zones 52 sont rigides et permettent de réduire ainsi considérablement ies contraintes sur le joint 41.
Ceci permet entre autres de conserver un substrat 10 globalement flexible tout en n'imposant pas ou peu de déformations mécaniques au niveau des joints Siermétiques 41.
A ce propos, par simplification, Il n'y a pas de distinction en termes de numérotation entre les joints de brasure servant à braser le corps en céramique sur le substrat 10 et ies joints hermétiques correspondant au produit du brasage du corps en céramique sur le substrat 10 par l'intermédiaire du joint de brasure.
Il est extrêmement important de conserver l'intégrité des joints tout au long de la vie du système implantable, Dans le cas contraire, les composants électroniques présents au sein du boîtier risquent d'être rapidement détériorés du fait d'une infiltration des fluides biologiques au sein du boîtier. H
Avantageusement, ia céramique 34 sera en contact intime avec ia paroi 13,
Dans îe cas où la céramique ne serait pas en contact direct avec ia paroi 13, un matériau pourra être ajouté afin de combler l'espace entre la céramique 34 et la paroi 13. Ce matériau pourra être un métal, mais également un polymère rigide.
De plus, comme évoqué précédemment, il est important que la surface occupée par l'ouverture 21 soit très inférieure à la surface de ia base 14, En effet, la surface de contact entre la céramique et le milieu extérieur est alors faible et, en conséquence, la céramique sera protégée mécaniquement par la base 14 et ce, même lorsque l'épaisseur de céramique utilisée dans la réalisation de ces traversées hermétiques est faible.
Afin d'améliorer encore cette protection mécanique, ii est possibie d'ajouter, au niveau de la partie non protégée, un polymère biocompatible 81 comme présenté sur ia figure 7.
Ce polymère pourra être rigide ou souple, mais préférenttellemenî rigide. l permettra, en plus de la protection mécanique, d'assurer l'isolation entre la broche 35 ou la piste métallique 33 et le substrat métallique 0, au niveau de l'ouverture 21.
Ce polymère 61 pourra également faciliter la connexion d'une ou plusieurs sondes électrodes en servant de guide et de maintien pour celles-ci.
La figure 7 illustre la structure de la figure 6, dans une position déformée. Dans cette position, les zones 51 situées entre les renflements 11 sont déformées car elles présentent une flexibifité importante. Par contre, les zones 52 situées au niveau des renflements ne subissent aucune déformation, du fait de leur rigidité, ce qui permet de réduire les contraintes sur ies joints 41.
De façon générale, on entend par structure flexible, une structure qui peut se conformer à un diamètre compris entre 3 et 12 cm, et de préférence égal à 7 cm. SI est maintenant fait référence à la figure 8 qui illustre une dernière étape du procédé selon l'invention pour l'obtention d'un boîtier hermétique.
Dans cette dernière étape, un couvercle 71 est assemblé au substrat 10 de la structure illustrée a ta figure 8.
Ce couvercle 71 est, de préférence réalisé en métal et notamment en titane.
La forme du couvercle métallique 71 est choisie de telle sorte qu'une fois fixé au substrat, le couvercle forme une cavité permettant d'accueillir au moins une partie des composants électroniques.
L'assemblage du couvercle 71 au substrat 10 peut être réalisé par différentes techniques, notamment une soudure laser 72 qui permet de réaliser des soudures dans des zones précises avec un échauffement localisé.
La hauteur du couvercle sera inférieure à 3 mm, et avantageusement inférieure à 2 m ri. Elfe est préférentieHement comprise entre 500 pm et 1 mm.
Le fait d'avoir un boîtier présentant une certaine flexibilité est un critère essentiel pour les nouvelles générations de dispositifs impiantables. Ceci permettra de l'implanter dans des zones quelconques, le boîtier pouvant se conformer à la zone à traiter thérapeutiquement, compte tenu de la flexibilité.
Le boîtier d'encapsulafion obtenu est un boîtier fin, c'est-à-dire que son épaisseur globale est inférieure à environ 3 mm.
Il est maintenant fait référence à la figure 9 qui illustre deux variantes de mise en œuvre de l'étape du procédé illustré à la figure 8,
La variante illustrée à la figure 9À est conçue pour augmenter la rigidité de la zone du substrat où est assemblée la traversée et également pour augmenter la fiabilité de cette traversée.
Comme Se montre la figure 9A, la traversée 801 qui est assemblée hermétiquement sur ie substrat 10 est du type de la traversée 302 Î6
illustrée à Sa figure 58. Elle comporte ainsi un corps en céramique 34 qui est traversé par une broche métallique 35.
A l'une de ses extrémités, le corps 34 présente une excroissance 340 lui conférant une forme de T.
De ce fait, ia traversée 801 peut être assemblée au substrat 10 dans deux zones distinctes,
La figure 9Â montre que ia traversée 801 est assemblée à la base 14 du renflement 11 au moyen d'un joint de brasure 41. Elle est également assemblée â Sa surface 100 du substrat 10, opposée à la surface 01 comportant ie renflement, par l'intermédiaire du joint de brasure 802. Ce dernier est prévu entre l'excroissance 340 et la surface 100.
Les joints de brasure 41 et 802 pourront être de nature identique ou différente.
lis seront composés préférentleilement de nickel et de titane.
Dans l'exemple présenté sur fa figure 9A, les deux joints de brasure 41 et 802 auront une structure annulaire.
Ainsi, le joint de brasure 41 sera piacé au sein du renflement 11 , tandis que ie joint de brasure 802 sera placé en périphérie du renflement 11.
La fiabilité du boîtier s'en trouve augmentée par rapport â îa structure Illustrée â la figure 8S sans que sa flexibilité soit diminuée. En effet, en cas de rupture d'un des deux joints de brasure 41 ou 802, le boîtier conservera son herméticité.
La variante de réalisation illustrée sur la figure 9B a également pour but d'augmenter la fiabilité de f assemblage entre la traversée et le substrat 10 illustré à la figure 3A.
La traversée 302 assemblée dans te substrat 0 a déjà été décrite en référence à îa figure 58.
L'assemblage hermétique est réalisé au moyen d'un joint de brasure 51 qui présente une structure tridimensionnelle. Cette structure permet d'augmenter la surface d'assemblage entre ia traversée 302 et le substrat 10. Le fait que ia traversée hermétique se trouve au sein d'un renflement 11 permet d'appliquer des forces de pression durant le reçoit de brasage, à fa fois parallèlement au pian du substrat 10 (au niveau de ia paroi iatérafe 13) et perpendiculairement au plan du substrat 10 (au niveau de la base 14 et de la face supérieure de Sa céramique). De plus, du fait de la flexibilité du substrat 10, il est aisé de maintenir un contact intime entre la paroi 13 et ia traversée hermétique, ce qui permet de réaliser un assemblage de qualité.
De plus, lorsque les renflements présentent une forme conique, il est possible d'appliquer une force de pression durant ie recuit de brasage simultanément au niveau de la paroi 13 et de ia base 14, en appliquant uniquement une force de pression parallèle à l'axe de la broche 35.
Si est maintenant fait référence à ia figure 10 qui illustre trois variantes de réalisation du substrat illustré à la figure 3. Ces trois variantes sont conçues pour augmenter la rigidité de Sa zone du substrat où est assemblée ia traversée.
Ainsi, la figure 10A montre un substrat 10 comportant un renflement 1 1 avec une paroi fatéraie 13 et une base 804 qui comporte une surépaisseur, par rapport à ia base 14 du substrat illustré à la figure 3.
Dans ie renflement est assemblée une traversée 302 du type ûiustré à !a figure SB.
Cette base 804 d'épaisseur accrue permet d'assurer une tenue aux chocs plus importante, sans diminuer la flexibilité du substrat 10.
Ainsi, ia variante de réalisation de ia figure 0A permet d'augmenter fa rigidité de la zone où est assemblée la traversée, d'améliorer sa tenue mécanique et de diminuer les risques de rupture de ia céramique constituant ta traversée.
De plus, ie fait d'avoir localement une surépaisseur au niveau de la paroi 804 peut s'avérer utile en cas de diffusion d'un ou de plusieurs éléments composant le joint de brasure 41 au sein du substrat 10.
En effet, dans ie cas particulier d'un joint de brasure 41 à base de Ni ou de TiNi50 et d'un support 10 à base de titane, te Ni peut diffuser sur plusieurs dizaines de microns au sein du titane. En conséquence, s!, au niveau de la zone de brasage, l'épaisseur du substrat est insuffisante, le nickel pourra diffuser jusqu'à l'extrémité opposée à celle où a iieu le brasage, entraînant ainsi un risque de brase le porte-substrat (non représenté sur les différents schémas) servant entre autres à appliquer une certaine force sur l'échantillon au cours du brasage.
Il convient de noter que la longueur de diffusion des éléments composant le joint de brasure 41 au sein du substrat 10 dépendra de plusieurs paramètres dont la température de brasage.
Dans la variante illustrée à la figure 1GB, c'est la paroi latérale 803 du renflement 11 qui présente une surépaisseur, la base 14 du renflement 11 étant similaire à celle du renflement illustré sur la figure 3,
Cette variante permet également d'augmenter la rigidité de la zone où est assemblée la traversée 302, grâce à cette surépaisseur latérale,
La variante illustrée à la figure 10C illustre un substrat 10 avec un renflement 1 1 , dont la paroi latérale 13 et la base 14 sont similaires à celles du renflement illustré à la figure 3,
Par contre, une surépaisseur 815 est prévue sur la paroi 100 du substrat opposée à la paroi 101 comportant le renflement 1 1 ,
Cette surépaïsseur 815 présente une forme annulaire et prolonge la face intérieure de la paroi latérale 13.
Dans cette variante de réalisation, est assemblée une traversée 801 , telle qu'illustrée à la figure 9A.
Ainsi, cette traversée 801 est assemblée au substrat 10 par l'intermédiaire de deux joints de brasure. Le premier joint 41 est situé entre la traversée et fa base 14 du renflement 11 , tandis que l'autre joint 814 est situé entre l'excroissance 340 de Sa traversée et la face supérieure de ia surépaisseur 815,
Cette variante permet en plus de rigidifier la structure obtenue, de diminuer à la fols les contraintes sur le joint 41 du fait du renflement 1 1 mais également sur le joint 814 du fait de ia surépaisseur 815. fi est maintenant fait référence à la figure i qui illustre quatre variantes (figures 11 A à 11 D) d'assemblage d'une traversée sur un support du type iliustré à ia figure 4, et une autre variante plus spécifique (figure 11 E).
Dans a variante lustrée à ia figure 11 A, une traversée 302, du type iliustré â la figure 58, est disposé à l'intérieur d'une surépaisseur 15 du substrat 10.
Pour cela, ia surépaisseur 15 présente un logement approprié défini par une paroi latérale 150 et un fond 151 ,
Un joint de brasure 41 est prévu entre la traversée 302 et ie fond 51 du iogemeni La surépaisseur 15 permet d'augmenter ia rigidité de la zone où est assemblée !a traversée.
Cette variante permet d'éviter la présence de parties en saillie sur la face externe du boîtier qui pourra être obtenu à partir de la structure illustrée à la figure 11A, Ceci permet d'accroître la compatibilité du boîtier avec les tissus biologiques, en contact avec fui.
La variante illustrée à ia figure 11 B consiste à assembler une traversée du type illustré à ia figure 5B, sur ia face supérieure 152 de ia surépaisseu 15 présente sur le substrat 10.
Compte tenu de ia largeur de la surépaisseur, le corps 34 de la traversée 302 présente des dimensions supérieures à celles du corps 34 iflustré â la figure 11 A.
Par ailleurs, un joint de brasure 41 est prévu entre ia traversée 302 et la face supérieure 152 de la surépaisseur 15.
Cette variante a pour effet d'augmenter la rigidité de la zone où est assemblée la traversée hermétique grâce â fa surépaisseur 15.
De plus, cela permet de diminuer les risques de rupture de la céramique composant ia traversée hermétique. En effet, la surépaisseur permet de protéger !a céramique contre d'éventuels chocs mécaniques.
Enfin, ceia permet également de diminuer l'épaisseur des protrusions sur la face externe du boîtier en contact avec les tissus biologiques. Dans !a variante Illustrée à !a figure 11C, ie corps 34 de la traversée 302 est brasé à la paroi inférieure 153 de la surépaisseuf 15 par l'intermédiaire d!un joint de brasure 41. Cela permet un brasage iatérai du corps 34 à la surépaisseur 15 qui présentera alors une tenue mécanique renforcée par rapport à la structure présentée sur la figure 6.
La variante illustrée à la figure 11 D permet de simplifier la mise en œuvre. Le corps 34 de la traversée 302 illustrée à la figure 5B est préalablement brasé à la paroi 153 de la surépaisseur 15 par l'intermédiaire d'un joint de brasure 41 , avant d'assembler hermétiquement l'ensemble 155 (comprenant ie corps 34, Sa broche 35, Se joint hermétique 41 et la surépaisseur 15} au substrat 10 par l'intermédiaire d'un joint hermétique 154.
Cet assemblage pourra par exemple être réalisé par soudage laser.
f! faudra prendre des précautions pour ne pas détériorer ie joint hermétique 41. On pourra ainsi décaler ie joint hermétique 154 d'une distance comprise entre 100 pm et 1 mm préférentieiiement S00 μηι par rapport au joint hermétique 41.
A titre de variante du mode de réalisation illustré à ia figure 11 D, la figure 11 E illustre un autre mode d'assemblage de l'ensemble 155 sur un substrat 10.
Ainsi, afin de positionner plus facilement l'ensemble 155 par rapport au substrat 10, il est possible de mettre cet ensemble 155 au sein d'un renflement 1 1. Un joint hermétique 156 entre ia surépaisseur 15 et la base 14 pourra être réalisé par soudage laser.
il est à noter qu'il est également possible de réaliser un joint hermétique (non représenté) entre ia paroi extérieure 157 de la surépaisseur 15 et ia paroi 13 du renflement 1 ,
Il est enfin fait référence à la figure 12 qui illustre un substrat 12 qui présente la forme d'une feuille épaisse mais structurée.
Ainsi, sont réalisées des zones 120 plus fines, par retrait de matière par exemple. Des zones 121 en saillie par rapport au substrat 12 sont alors définies. Elles forment une surépaisseur. Ainsi, le substrat 12 est relativement flexible grâce à la présence de ces zones 120, ce qui conférera une flexibilité globale au boîtier qui sera obtenu à partir du substrat 12.
La profondeur de ces zones 120 pourra être comprise entre 5 et 95% de l'épaisseur de la feuille, prèférenîieiiement 60%.
Ainsi, si l'on prend comme exemple un substrat constitué d'une feuille en titane de 250 pm d'épaisseur, on pourra réaliser des zones 120 de profondeur comprise entre environ 12 pm et 235 pm.
De même, le nombre de zones 120 sera fonction de la flexibilité souhaitée,
En effet, pius le nombre de zones 120 sera important et plus le substrat 12 sera fiexïbie.
Ainsi le pourcentage de la surface occupée par les zones 120 pourra être compris entre 5% et 95%, préférentieliement 60%,
Dans la zone 121 située entre deux zones 120, est réaiisée une ouverture traversante 21. Cette ouverture peut être réalisée avant ou après ia formation de la zone 121 ,
Sur !a zone 121 , est assemblée une traversée 302 du type illustré à la figure 5B, au moyen d'un Joint de brasure 41 , de telle sorte que la broche 35 passe à travers l'ouverture 21.
Ainsi, comme dans les exemples décrits précédemment, îa zone du substrat dans laquelle la traversée est assemblée est rigid fiée, tout en conservant fa flexibilité globale du substrat.
La figure 13 illustre une autre variante qui permet d'éviter de braser le porte-substrat lors de ia formation du Joint de brasure 41.
La figure 13 illustre un anneau en céramique 130 (par exemple en alumine (AÎ2O3) ou en zircone (ZrC¼} stabilisé à l'oxyde d'yttrium (Y2O3}) qui est placé à l'extérieur du renflement 11.
Cet anneau 130 est alors placé contre la base 14 du renflement 1.
ît pourrait être placé à l'extérieur d'une surépaisseur 15 (côté porte-substrat) pour un substrat du type illustré aux figures 4A et 4B. Au cours du brasage, si les éléments composant ie joint de brasure 41 venaient à diffuser jusqu'à cet anneau en céramique (un des sens possible de diffusion des composants de brasure est représenté par une fîèche sur îa figure 13), cet anneau 130 serait aiors brasé au renflement 1 1 ou à !a surépaisseur.
Cet anneau fera aiors partie intégrante du dispositif et évite de braser te porte-substrat.
Les signes de référence insérés après ies caractéristiques techniques figurant dans ies revendications ont pour seui but de faciliter la compréhension de ces dernières et ne sauraient en limiter ia portée.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de traversée notamment pour système d'implant médical comprenant :
- un substrat (10, 12} flexible comportant localement au moins un moyen de rigidification 11 , 15, 121) du substrat, ledit au moins un moyen de rigidification présentant une ouverture (21 ) traversante et
- au moins une traversée hermétique (301 , 302, 801) comportant un élément de connexion électrique (33, 35), ladite traversée étant assemblée hermétiquement à un moyen de rigidification, de telle sorte que ledit élément dë connexion électrique passe à travers l'ouverture traversante.
2. Dispositif de traversée selon la revendication 1 , dans lequel ledit substrat (10, 12) consiste en une feuille métallique.
3. Dispositif de traversée selon la revendication 1 ou 2, dans tequel ledit au moins un moyen de rigidification consiste en une partie en saillie par rapport à la surface du substrat.
4. Dispositif de traversée selon ia revendication 3, dans laquelle fa partie en saillie est un renflement (11 ) ou une surépa'isseur (15, 121 ).
5. Dispositif de traversée selon l'une des revendications 1 à 4, comprenant au moins un joint de brasure entre une traversée et un moyen de rigidification,
6. Dispositif de traversée selon la revendication 5, dans tequel ledit au moins un joint de brasure (91 ) présente une structure tridimensionnelle.
7. Dispositif de traversée selon la revendication 5 ou 6, dans lequel la traversée présente une forme en T, un autre joint de brasure étant présent entre une excroissance (340) et le substrat (10).
8. Procédé de réalisation d'un dispositif de traversée selon l'une des revendications 1 à 7, comprenant les étapes suivantes :
(a) réalisation d'un substrat (10, 12) flexible avec au moins un moyen de rigidifîcation (11 , 15, 121 ) et au moins une ouverture traversante (21) dans ledit au moins un moyen de rigidifîcation,
(b) fourniture d'au moins une traversée hermétique (301 , 302, 801) comportant un élément de connexion électrique (33, 35),
(c) assemblage hermétique d'une traversée audit au moins un moyen de rigidifîcation, de telle sorte que l'élément de connexion électrique de ladite traversée passe en partie dans ladite ouverture traversante,
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel l'étape (a) consiste à réaliser au moins une partie (11 , 15, 121) en saillie par rapport au substrat (10),
10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel l'étape (a) consiste en une déformation locale du substrat ( 0) pour former su moins un renflement
(11 ),
1 . Procédé selon la revendication 9, dans lequel l'étape (a) consiste en un apport de matière pour former localement au moins une surépaisseur (15),
12. Procédé selon la revendication 9, dans lequel l'étape (a) consiste en un retrait de matière dans au moins deux zones (120) d'un substrat (12) pour former au moins une surépaisseur (121) entre ces zones.
13. Procédé selon Tune des revendications 8 à 12, dans lequel l'étape (c) est réalisée au moyen d'au moins un joint de brasure (41, 91 , 802, 814, 154, 156).
14. Procédé selon l'une des revendications 8 à 13 comprenant, après i'étape (c), une étape supplémentaire consistant à déposer un matériau polymère (81), dans ladite au moins une ouverture traversante (21 ).
15. Procédé seion la revendication 13 ou 14 comprenant, entre l'étape (b) et l'étape (c), le positionnement d'un anneau (130) en céramique contre ledit au moins un moyen de rigidification et du côté porte-substrat.
16. Boîtier hermétique comportant un dispositif de traversée selon l'une des revendications 1 à 7 et un couvercie (71 ) scelié hermétiquement au dispositif de traversée, notamment destiné à f'encapsulation d'un dispositif médical.
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